DE2805675A1

DE2805675A1 - Verfahren zum spritzgiessen von kunststoffteilen, spritzform zur durchfuehrung dieses verfahrens und kunststoff-spritzgusstueck

Info

Publication number: DE2805675A1
Application number: DE19782805675
Authority: DE
Inventors: Johannes Cornelis Molijn; Jacobus Jan Zandman
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1977-02-10
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1978-08-17
Also published as: GB1589102A; JPS53118466A; NL7701388A; DK58478A; FR2380121A1; BE863794A

Description

Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten Behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer

Den Haag, Niederlande

Möhlstraße 37
D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

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Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffteilen, Spritzform zur Durchführung dieses Verfahrens und Kunststoff-Spritzgußstück

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffteilen, eine Spritzform zur Durchführung dieses Verfahrens sowie nach diesem Verfahren und/oder in dieser Spritzform hergestellte Kunststoff-Spritzgußstücke.

Es ist bekannt, mit Hilfe von Spritzgießmaschinen Kunststoff-Gußstücke aus aufgeschmolzenem Kunststoff herzustellen. Zu diesem Zweck wird der Kunststoff unter hohem Druck und hoher Temperatur mittels der Spritzdüse einer Spritzgießeinheit über einen oder mehrere Eingüsse oder Einlaufe in eine Spritzform eingebracht und dann abgekühlt, worauf die Spritzform geöffnet wird, um den hergestellten Kunststoffgegenstand aus dem Formraum auszuwerfen oder zu entnehmen. Bei diesem Vorgang liegt die Dichte des Kunststoffes mit geringen Schwankungen beim Wert der Dichte des Ausgangsmaterials, so daß ein solcher Gegenstand als massiv angesehen werden kann.Bei den auf diese Weise hergestellten Gegenständen wird die Wanddicke meist möglichst gleichmäßig gehalten, um bessere Eigenschaften des Spritzgußstücks zu gewährleisten und z„B. Schrumpf-

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spannungen und Lunkermarken zu vermeiden.

Bei einem anderen bisherigen Verfahren wird dem Kunststoff ein Blähmittel zugesetzt, und diese Masse wird unter hohem Druck und hoher Temperatur in die Spritzform eingespritzt. Bevor das Material in einen Kunststoffschaum umgewandelt wird, muß ein Druckabfall unter den Druck eingeleitet werden, bei dem das Blähmittel auf physikalischem oder chemischem Wege seine Wirkung entfalten kann, so daß der Kunststoff aufgeschäumt wird und den gesamten Formraum der Spritzform ausfüllt. Der hergestellte Schaumstoffgegenstand besitzt eine erheblich geringere Dichte als ein massiver Kunststoffkörper, und die Wanddicken sind wesentlich größer als bei einem solchen. Die Dichte hängt selbstverständlich von der Menge und der Art des zugesetzten Blähmittels und der Expansion ab, die dem Material im Formraum ermöglicht wurde.

Die verschiedenen Teile oder Abschnitte eines Kunststoffgegenstands müssen häufig unterschiedlichen Anforderungen genügen, wobei einige Teile z.B. die Wandung eines Zylinders oder einer Hülse bilden und nur eine vergleichsweise geringe Steifheit zu besitzen brauchen, andererseits aber undurchlässig sein müssen. An andere Teile oder Abschnitte werden dagegen höhere Anforderungen gestellt; beispielsweise dürfen sie sich, etwa im Fall des Bodens einer Wanne o.dgl., unter Belastung nicht durchbiegen, oder sie müssen, etwa im Fall der Eckstreben einer Kiste, hohe Knickbelastungen aufnehmen können.

Bei der Herstellung eines derartigen Gegenstands nach dem Spritzgießverfahren werden die weniger stark belasteten Teile überdimensioniert ausgelegt, und die stärker belasteten Teile werden mit Versteifungsrippen oder -stegen versehen, was komplizierte Formen des Formraums erfordert, wenn die Wanddicke möglichst konstant bleiben soll.

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Bei den vollständig aus Kunststoffschaum hergestellten Gegenständen nehmen die weniger stark belasteten Teile mehr Raum ein als notwendig, so daß sie einen unnötig großen Materialverbrauch bedingen, weil hierbei möglichst viele Teile oder Abschnitte jeweils gleicher Wanddicke vorgesehen werden, die häufig ineinander übergehen, um ein gleichmäßiges Aufschäumen zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens, bei dem ein Kunststoffgegenstand mittels einer einzigen Spritzgießeinheit in einem einzigen Arbeitsgang aus einem einzigen Ausgangsmaterial herstellbar ist, das ein Blähmittel enthält. Der hergestellte Gegenstand soll dabei einen oder mehrere Teile aus massivem Kunststoff aufweisen, während ein oder mehrere weitere Teile aus Kunststoffschaum bestehen sollen, so daß jeder Teil bzw. Abschnitt den jeweiligen Anforderungen angepaßt ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffteilen, deren Kunststoff mit einem Blähmittel versetzt ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kunststoff in eine Spritzform gespritzt wird, deren Formraumteile im Bereich eines Einlaufs dem Kunststoff einen 30 engen Durchgang bieten,daß die Verarbeitungsbedingungen, unter denen das Material in den betreffenden Formraumteil eingeleitet wird, nicht unter Werte oder Bedingungen abfallen, bei denen das Blähmittel wirksam werden kann, während die Formraumteile nach einem Übergang in der Spritzform weiter sind und sich die Bedingungen daher spontan derart ändern, daß das Blähmittel den Kunststoff unter vollständiger Ausfüllung des Formraum3 aufzuschäumen vermag.

Die .jpritzforni zur Durchführung dieses Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß der Formraum unmittelbar Im Anschluß an

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den Einlauf zur Ausbildung massiver Teile des Kunststoffspritzteils eng ist und daß in einem größeren Abstand vom Einlauf ein Übergang auf eine größere Weite vorgesehen ist, um Kunstschaumstoffabschnitte des Spritzteils auszubilden. Die Änderung bzw. der Übergang in der Breite oder Weite des Formraums kann verhältnismäßig willkürlich festgelegt sein, doch erfolgt diese Weitenänderung vorzugsweise an den Stellen, an denen das Fließschema des Kunststoffs modifiziert wird. Der Übergang kann beispielsweise an den Stellen erfolgen, an denen die Seitenwände eines Hohlkörpers in den Boden übergehen, an denen die Seitenwände in eine obere Randleiste einer Kiste o.dgl. übergehen oder an denen eine Seitenwand in eine andere Seitenwand übergeht, so daß an dieser Stelle eine verstärkte Eckstrebe gebildet wird.

Mit der Spritzform und dem Verfahren gemäß der Erfindung können in einem einzigen Arbeitsgang und mit einem einzigen Kunststoff beispielsweise Wannen o.dgl. hergestellt werden, die nach Bedarf dünne, massive, etwa lotrechte Seitenwände, einen dicken Boden aus Kunststoffschaum, eine dicke obere Randleiste aus aufgeschäumtem Kunststoff und dicke Eckstreben aus aufgeschäumtem Kunststoff aufweisen. Die Eingußkanäle bzw. Einlaufe befinden sich dabei an den massiven lotrechten Wänden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung einer Transportkiste,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Aufsicht auf die Transportkiste gemäß Fig. 1 und

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Fig. 3 eine Schnittansicht eines Einsatzes für eine Verpackung.

Der in Fig. 1 dargestellte Hohlkörper 1 besteht aus einem Boden 2, Seitenwänden 3> Ecksäulen 4 und einer oberen Randleiste 5. Erfindungsgemäß befinden sich alle Spritzzapfen 6 dieses Hohlkörpers jeweils in der Mitte der flachen Seitenwände 3. Die Seitenwände 3 besitzen eine Dicke von z.B. 2 mm bzw. eine solche Dicke, bei welcher der mit einem Blähmittel versetzte Kunststoff aufgrund der im Formraum herrschenden Bedingungen bezüglich Druck, Temperatur, Spritzgeschwindigkeit, Viskosität, Zusammensetzung des Blähmittels und dgl. nicht aufschäumen kann. Die größte zulässige Dicke der Seitenwände hängt von der Art des Kunststoffs sowie von Menge und Art des diesem zugesetzten Blähmittels ab.

Sobald der vom Spritzzapfen bzw. Einlauf 6 ausgehende Kunststoff die Ränder der Seitenwände 3 erreicht, an denen der Übergang zwischen dem engen Bereich und dem weiteren Teil des Formraums vorhanden ist, ändern sich die Bedingungen, denen der Kunststoff unterworfen ist, spontan auf Werte, bei denen das Blähmittel wirksam wird. Dies bedeutet, daß sich der massive Kunststoff im Anschluß an diese Übergänge in einen Kunststoffschaum umwandelt. Bei diesem Verfahren erhalten die Außenflächen der Schaumstoffabschnitte dennoch eine etwas größere Dichte als der Kern, weil sich an den Wänden des Formraums eine glatte, undurchlässige Haut bildet. Aufgrund ihrer größeren Querschnitte und Dicken besitzen die hinter den Übergangsstellen liegenden Schaumstoffteile, wie die obere Randleiste 5, der Boden 2 und die Eckstreben 4, eine erheblich größere Festigkeit gegenüber Verformung, wie Durchbiegung bzw. -wölbung und Knicken, so daß sie dem Hohlkörper die gewünschte Steifheit verleihen.

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Die Grenzschicht, an welcher der massive Kunststoff in Schaumstoff übergeht, kann eine beliebige spezielle Form besitzen; an dieser Stelle kann eine Änderung der Fließrichtung des Kunststoffs im Spiel sein, so daß der gewünschte Übergang von massivem Kunststoff auf Schaumstoff hervorgebracht wird. Im allgemeinen muß der Boden eines Hohlkörpers, etwa einer Kiste oder Wanne, eine große Biegebelastung aufnehmen können, weshalb dieser Boden als Schaumstoffteil ausgebildet wird. Der Übergang befindet sich in diesem Fall an der unteren Randkante der massiven Seitenwand, an welcher sich ein Spritzzapfen bzw. Einlauf befindet. Wenn die obere Randkante nur leicht belastet werden soll, kann sie ebenfalls massiv ausgelegt werden, und in diesem Fall kann sich der Spritzzapfen bzw. Einlauf an der Oberkante der Seitenwand befinden. Wenn die obere Randkante eine große Beständigkeit gegenüber einem Biegemoment besitzen muß und der Boden keiner starken Belastung unterworfen wird, kann der Boden, ebenso wie die Seitenwände, ebenfalls aus massivem Kunststoff bestehen, wobei der Einlauf beispielsweise in der Mitte des Bodens vorgesehen sein kann, während die obere Randkante oder -leiste hierbei aus Schaumstoff besteht. Im Fall von kreisförmigen oder ovalen Wannen o.dgl. sind keine versteiften Eckstreben notwendig, während solche bei eckigen Wannen oder Kisten meist erforderlich sind. Der Einlauf oder Spritzzapfen sollte in diesem Fall weit von den Ecksäulen entfernt sein, während der Übergang an der Bodenkante oder an den Seitenwänden stattfinden kann, so daß die Eckstreben durch Schaumstoff gebildet werden, während die Seitenwände und der Boden gewünschtenfalls massiv sind.

Fig. 3 veranschaulicht im Schnitt einen Einsatz, wie er beispielsweise dann benutzt wird, wenn ein leicht zu beschädigendes Gerät oder Instrument beispielsweise in einer Kiste oder Schachtel verpackt werden soll. Der Einsatz besteht da-

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bei an den Ecken und längs der Ränder einer Kiste oder Schachtel aus großen Schaumstoffteilen 8, die durch eine dünne,
aber massive Membran 9 miteinander verbunden sind, in deren Mitte sich ein Spritzzapfen 10 befindet. Bei der Herstellung dieses Einsatzes wird, ausgehend von Spritzzapfen bzw. Einlauf 10, zunächst die Membran 9 aus massivem Kunststoff gebildet, während an ihrer Randkante der Übergang zum Schaumstoff teil erfolgt, an dem sich das Material zu einem voluminösen Randflansch 8 aufschäumt, welcher das zu verpackende
Instrument zufriedenstellend vor Beschädigung schützt. Die
dünne Membran 9 kann auch elastisch sein und in bestimmten
Fällen nach dem Verpacken durch Wärmebehandlung geschrumpft werden, so daß der schützende Einsatz sicher in seiner Lage um das Verpackungsgut herum verbleibt.

Als Ausgangsmaterial kann praktisch jeder Kunststoff eingesetzt werden, der sich mit Hilfe eines Blähmittels zu einem Schaumstoff aufschäumen läßt. Die größte Dicke des massiven Teils hängt von der Art des Kunststoffs ab; im allgemeinen
beträgt sie weniger als 4 mm. Das Aufschäumen erfolgt in den meisten Fällen dann, wenn der Formraum nach einem kleinen
Übergang eine Weite von mehr als 5 mm annimmt, wodurch die Fließbewegung des Kunststoffs kurzzeitig angehalten wird,
beispielsweise, wenn der massive Teil und der Schaumstoffteil koaxial aufeinander ausgerichtet sind. Im Fall eines rechtwinkeligen Übergangs, etwa von einer Wand zum Boden oder umgekehrt, reicht neben der Weitenänderung des Strömungsdurchgangs häufig auch die Richtungsänderung der Fließbewegung des Kunststoffs aus, um die Verarbeitungsbedingungen zu ändern. Die
Dicke des Schaumstoffteils ist tatsächlich nur durch die Möglichkeit der Zufuhr einer ausreichend großen Kunststoffmenge von dem den engen Durchgang aufweisenden Teil der Spritzform bzw. des Formraums aus, so daß der weitere Formraumteil genügend gefüllt wird, beschränkt.

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Claims

Patentansprüche

(1.) Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoff teilen, deren ^-^ Kunststoff mit einem Blähmittel versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff in eine Spritzform gespritzt wird, deren Formraumteile im Bereich eines Einlaufe dem Kunststoff einen so engen Durchgang bieten, daß die Verarbeitungsbedingungen, unter denen das Material in den betreffenden Formraumteil eingeleitet wird, nicht unter Werte oder Bedingungen abfallen, bei denen das Blähmittel wirksam werden kann, während die Formraumteile nach einem Übergang in der Spritzform weiter sind und sich die Bedingungen daher spontan derart ändern, daß das Blähmittel den Kunststoff unter vollständiger Ausfüllung des Formraums aufzuschäumen vermag.
2. Spritzform zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formraum unmittelbar im Anschluß an den Einlauf zur Ausbildung massiver Teile des Kunststoffspritzteils eng ist und daß in einem größeren Abstand vom Einlauf ein Übergang auf eine größere Weite vorgesehen ist, um Kunstschaumstoffabschnitte des Spritzteils auszubilden.

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3. Spritzform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge an den Stellen vorgesehen sind, an denen sich das Fließschema des Kunststoffs selbst modifiziert bzw. ändert.
4. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellter Kunststoffgegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem einzigen Kunststoff in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt worden ist und an konstruktiv angezeigten Stellen aus Kunstschaumstoff und an anderen Stellen aus massivem Kunststoff besteht.
5. Kunststoffgegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff an Stellen nahe der Einlaufe bzw. Spritzzapfen massiv ist und daß in einigem Abstand davon ein Übergang vorhanden ist, hinter dem der Kunststoff in Schaumform vorliegt.
6. Kunststoffgegenstand nach Anspruch 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß er als Wanne bzw. Kiste ausgebildet ist, deren Boden aus Schaumstoff besteht und deren Wände aus massivem Kunststoff bestehen.
7. Kunststoffgegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Randleiste als Schaumstoff-Randflansch ausgebildet ist.
8. Kunststoffgegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eckstreben als Kunstschaumstoffteile ausgebildet sind.
9. Kunststoffgegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil im Anschluß an einen Einlauf bzw. Spritzzapfen als massive Membran ausgebildet ist, die an ihrem Umfang in einen Schaumstoff-Randflansch übergeht.

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